Производственного пара

Паровой привод кузнечных молотов, прессов, штамповочных машин, насосов и других механизмов широко применяется на заводах металлургической, машиностроительной, химической, нефтеперерабатывающей, легкой и пищевой промышленности.

Паровые двигатели указанных механизмов, как правило, работают на выхлоп с противодавлением от 0,12 до 0,3 МПа.

Отходы тепла с отработавшим паром весьма велики. На­пример, в агрегатах пластической обработки металлов приме­няется пар давлением 1,0–1,2 МПа в количестве 2–6 т на 1 т поковки, а количество отработавшего пара составляет не ме­нее 85–90 % соответствующего количества производственного пара, подаваемого в цех.

Энергетический к. п. д. паровых машин, приводящих в дви­жение молоты, а также другие производственные механизмы, очень низок и составляет всего не­сколько процентов, а потеря теплоты с отработавшим паром у паровых молотов достигает 80 % его начальной энтальпии. На современных нефтеперерабатывающих заводах для сило­вых целей расходуется 420 кг пара на 1 т перерабатываемой нефти. В ряде отраслей промышленности производственные процессы, связанные с выпаркой технологического продукта, дают вторичный пар с давлением, близким к атмосферному.

Наконец, пар может быть получен при утилизации теплоты горячей воды. Это так называемый пар вторичного вскипания промышленного конденсата и пар в установках с испаритель­ным охлаждением производственных агрегатов.

Использование отработавшего производственного пара воз­можно в следующих направлениях: а) теплоснабжение потре­бителей; б) выработка электроэнергии; в) комбинированное ис­пользование пара полностью для теплоснабжения и частично на выработку электроэнергии, что обеспечивает круглогодовое потребление тепловых отходов.

Схема установки для использования отработавшего пара кузнечных молотов показана на рис. 4.2. В ней имеются все элементы, позволяющие использовать пар молотов, как для теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии.

Рис. 4.2. Схема установки для использования отработавшего пара:

1 – паровой котел; 2 – паровой мо­лот; 3 – набивкоуловитель; 4 – маслоотделитель;

5 – паровой ак­кумулятор; 6 – пароводяной подо­греватель; 7 – потребители горячей воды; 8 – потребители пара; 9 –конденсатоотводчик; 10 – насос; 11 – конденсатосбориый бак; 12 – устройство для очистки конден­сата; 13 – деаэратор; 14 –турбина низкого давления (мятого пара)

Отработавший в паровых молотах пар содержит хлопья сальниковой набивки и капли масла, поэтому при дальнейшем использовании его подвергают очистке в набивко- и масло­уловителях. В паровых системах теплоснабжения пар подается непосредственно к потребителям. Однако в крупных и протя­женных системах теплоснабжения транспортировка пара свя­зана с большими затратами на сооружение коммуникаций. В этом случае, как правило, экономически целесообразнее применять водяную систему теплоснабжения. Теплоподготовительную установку размещают в непосредственной близости от места выхода отработавшего пара, а потребители получают теплоту с горячей водой, транспортируемой сетевым насосом.

Как отмечалось выше, гра­фики выхода отработавшего пара и расхода теплоты потре­бителями не совпадают. Для выравнивания графика поступ­ления пара к потребителям (теплоприемники, турбины низкого давления) устранения перебоев в их снабжении в схеме целе­сообразно устанавливать паро­вые аккумуляторы переменного давления.

Наибольшее применение в энергетическом хозяйстве полу­чили паровые аккумуляторы пе­ременного давления. Схема включения аккумулятора пока­зана на рис. 4.3. Аккумулятор присоединяется к паропроводу. Если давление в паропроводе возрастает, пар по ответвлению б проходит че­рез обратный клапан (в подводный коллектор) и далее через сопла в водяное пространство аккумулятора. Поступления пара по ответвлению а в сухопарник аккумулятора не произой­дет, так как этому воспрепятствует обратный клапан.

Рис. 4.3. Схема включения паро­вого аккумулятора переменного давления:

1 – паровой молот; 2 – аккумулятор пара; 3 – потребители пара; 4 – об­ратный клапан

Пар, поступивший в водяное пространство аккумулятора, конденсируется, и, так как его давление несколько выше, чем в аккумуляторе, он нагревает воду. Последняя испаряется с по­верхности водяного объема, в результате чего давление пара в паровом пространстве повышается. Так протекает зарядка ак­кумулятора.

Когда расход пара потребителями превышает выход отрабо­тавшего пара из молотов, давление в линии делается ниже давления в аккумуляторе, пар из последнего начинает посту­пать по ответвлению а через обратный клапан в паровую ма­гистраль. Давление в аккумуляторе понижается и перегретая вода испаряется – происходит разрядка аккумулятора. Пар, поступивший из аккумулятора в магистраль, пополняет разницу между расходом и притоком пара. Паровые аккумуляторы обычно выполняются в виде горизонтальных цилиндрических сосудов, заполненных на 90–95 % объема водой.

При проектировании аккумуляторов соотношение между длиной кропуса l и диаметром d принимают равным t = 4÷5 d.

Тепловые потери изолированных аккумуляторов даже при установке их на открытом месте незначительны и не превышают 115–175 Вт/м².

Необходимая емкость парового аккумулятора может быть найдена из баланса теплоты

Q₁ = Q₂+Q_п. (4.1)

где Q₁– количество теплоты, содержащейся в аккумуляторе (горячей воде) до разрядки, кДж; Q₂ – то же после разрядки, кДж; Q_п – теплота пара, полученного при разрядке, кДж.

Введем следующие обозначения: G₁– масса воды в аккуму­ляторе до разрядки, кг; G₂– то же после разрядки, кг; D = (G₁ – G₂) – масса полученного в аккумуляторе пара, кг; t_н1и t_н2 – температура воды в аккумуляторе до и после разрядки, °С; с – теплоемкость воды, кДж/(кг×К); i₂– энтальпия пара в конце разрядки аккумулятора, кДж/кг.

Из выражения (4.1) получаем:

(4.2)

откуда находим

(4.3)

Полный объем аккумулятора, м³,

(4.4)

где r₁ – плотность воды (конденсата) в начале разрядки, кг/м³; a – коэффициент, учитывающий долю заполнения аккумулятора водой (a= 0,9÷0,95).

Удельный объем аккумулятора,м³/кг, отнесенный к 1 кг аккумулируемого пара,

(4.5)

Размеры аккумулятора зависят от заданных значений на­чального и конечного давления и общей требуемой аккумули­рующей способности, которая должна быть определена по графику нагрузки аккумулятора. Использование аккумулятор­ной установки тем эффективнее, чем чаще и равномернее чередуются пики и провалы в графике нагрузки аккумулятора и чем короче периоды его зарядки и разрядки.

В ряде случаев давление отработавшего или вторичного пара оказывается недостаточным для имеющегося теплового по­требителя. Повышение давления пара можно осуществить в теплонасосных установках: механических, абсорбционных и струй­ных, конструкции которых, будут подробно рассмотрены в 5 главе настоящего учебника.

Для повышения давления отработавшего пара наибольшее распространение получили струйные теплонасосные установки, работающие по повысительной разомкнутой схеме, так называе­мые пароструйные компрессоры.

Применение струйных компрессоров позволяет уменьшить расходы острого пара и пара повышенного давления за счет частичного использования отработавшего пара.

На рис. 4.4 и 4.5 показаны различные схемы использования низкопотенциального пара с помощью пароструйных компрес­соров.

При использовании отработавшего пара на цели теплоснаб­жения предпочтение следует отдавать круглогодичным потре­бителям теплоты на производственные нужды (подогрев воды, идущей на ХВО и питание котлов, нагрев промывочных, мас­ляных и других ванн), а также на горячее водоснабжение.

Рис. 4.4. Использование отра­ботавшего пара молотов с по­мощью струйных компрессо­ров:

1 – паровой молот; 2 – набивкоуловитель; 3 –маслоотделитель; 4 – пароструйный компрессор; 5 – редуктор; 6 – предохранительный клапан; 7 – паромер; 8 – потреби­тель пара низкого давления; 9 –потребитель пара повышенного давления

Рис. 4.5. Использование вторичного пара с помощью струйных компрессоров:

а – использование пара вторичного вскипания промышленного конденсата; б – использование вторичного пара испарительной установки;

1 – теплообменник; 2 – пароструйный компрессор; 3 – отопительный прибор; 4 – конденсатоотводчик; 5 – конденсатосборный бак; 6 – испаритель; 7 – насос

Отработавший пар широко используется для покрытия отопительно-вентиляционной нагрузки предприятия, а в ряде случаев и заводских по­селков, расположенных вблизи. Недостатком это­го способа теплоснабже­ния является сезонность тепловой нагрузки, в связи с чем, в летнее время рез­ко ограничено использо­вание отработавшего па­ра. Для устранения этого недостатка в летнее вре­мя можно использовать отработавший пар для выработки холода (в па-роэжекторных или аб­сорбционных холодиль­ных машинах), главным образом для кондициони­рования воздуха в произ­водственных помещениях. Другим методом дости­жения более равномерно­го потребления отрабо­тавшего пара является его комплексное использование для теплоснабжения и выра­ботки электроэнергии.

Установка конденсационных турбин низкого давления, работающих на отработавшем паре, требует значительных капиталовложений, в то время как удельная выработка электроэнергии такими турби­нами невелика. Кроме того, турбины, не загруженные полностью (по расходу пара), резко ухудшают свои технические показа­тели. Использование низкопотен-циального пара для выработки электрической энергии экономически целесообразно на крупных заводах, распола­гающих большими количествами пара от вторичных энергоре­сурсов.